ВАРИАТОР СКОРОСТИ Российский патент 2000 года по МПК F16H39/00 

Устройство относится к области машиностроения и может быть использовано в любой отрасли техники для передачи крутящих моментов с регулируемой частотой вращения. Наиболее благоприятные условия применения предлагаемого устройства те, когда надо регулировать частоту вращения ведомого вала в пределах величин, определяемых передаточным отношением, близким к единице.

Известно большое количество устройств, использующих для передачи вращения с ведущего вала на ведомый силы трения, одним из которых является "Фрикционный планетарный вариатор скорости" (книга "Механизмы", авторы С.Н. Кожевников и др., издание третье, М., 1965, с. 390-391), в котором вращение с ведущей полумуфты, выполненной в виде колеса с внешним конусом, передается на ведомую полумуфту, выполненную в виде колеса с внутренним конусом, через узел, представляющий собой систему роликов с двойным конусом, соединенных сепаратором. Управление частотой вращения ведомой полумуфты обеспечивается изменением места контакта роликов с опорным колесом, которое обкатывают ролики.

Основным недостатком известного устройства является ограничение в передаче больших крутящих моментов. Этот недостаток присущ всем фрикционным механизмам. Другим недостатком этого устройства является сложность системы управления частотой вращения ведомой полумуфты - наличие конической зубчатой передачи, винтового паза, ползуна с пальцем. Кроме того, для обеспечения давления по линии контакта для передачи движения трением использована система тарельчатых пружин, жесткость которых, как и у других пружин, пропорциональна их деформации, поэтому при изменении передаточного отношения будет изменяться диапазон передаваемых нагрузок.

Известен вариатор скорости (см. патент РФ N 2085797 Мкл. 6 F 16 H 39/24, 1997, БИ N 21), содержащий корпус, полумуфты, одна из которых выполнена с наружной цилиндрической проточкой с торцевой поверхностью, в виде пространственного кулачка, другая полумуфта выполнена с кольцевым уступом, помещенным в полость цилиндрической проточки первой полумуфты. Ведущая полумуфта кинематически связана с приводом, узел, передающий вращение с ведущей полумуфты на ведомую, выполненный в виде подпружиненных лопаток, установленных в радиальных пазах кольцевого уступа второй полумуфты, рабочую камеру, сообщенную с дополнительной камерой с элементами управления частотой вращения ведомой полумуфты.

Известное техническое решение по технической сущности более близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа.

Его недостатком является то, что он обладает низкой эксплуатационной характеристикой. Объясняется это тем, что в процессе работы не представляется возможным регулирование частоты вращения ведомой полумуфты без выключения привода, поскольку элемент регулирования частоты вращения размещен на вращающемся валу вместе с корпусом, следовательно требует от обслуживающего персонала соблюдения мер техбезопасности. Остановка привода нежелательна, поскольку она вызывает осложнения в технологических процессах.

Задачей настоящего изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик вариатора и в части техбезопасности.

Поставленная задача решается описываемой конструкцией вариатора, включающего корпус, полумуфты, одна из которых выполнена с наружной цилиндрической проточкой с торцевой поверхностью, выполненной в виде пространственного кулачка, другая полумуфта выполнена с кольцевым выступом, ведущая из полумуфт кинематически связана с приводом, узел, передающий вращение с ведущей полумуфты на ведомую и выполненный в виде подпружиненных лопаток, установленных в радиальных пазах кольцевого выступа полумуфты, элемент управления частотой вращения ведомой полумуфты, полость и магистральный канал, сообщенные между собой.

Новым является то, что полумуфты размешены внутри корпуса, при этом полость образована цилиндрической проточкой первой полумуфты, внутренней стенкой корпуса и лопатками, кольцевой выступ другой полумуфты размещен в полости, а магистральный канал выполнен в стенке корпуса.

Сущность предложения поясняется чертежами, где изображены:
на фиг. 1 - сечение Б-Б на фиг. 2;
на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - графическое изображение динамики изменения объемов в рабочих полостях устройства в процессе его работы. Роль эксцентриситета, показанного на фиг. 3 играет угол наклона замкнутой винтовой линии торцевой поверхности полумуфты 4 на фиг. 1.

Устройство включает (см. фиг. 1, 2) корпус 1, в котором с помощью подшипниковых узлов 2 и 3 установлены с возможностью вращения полумуфты 4 и 5 соответственно. Полумуфта 4 имеет наружную цилиндрическую проточку 6, торцевая поверхность 7, которой имеет форму пространственного кулачка, то есть замкнутую винтовую поверхность, которая, совершив полвитка по одной стороне проточки 6, возвращается в исходное положение по ее другой стороне. Полумуфта 5 имеет кольцевой выступ 8, который размещен в полости, 9, образованной цилиндрической проточку 6, внутренней стенкой корпуса 1 и лопатками 10. Лопатки 10 с пружинами 11 и винтами 12, размещены в радиальных пазах 14 кольцевого выступа 8. В стенке корпуса 1 выполнены равномерно расположенные три отверстия 15, сообщающие полость - 9 с магистральным каналом 16, выполненным в стенке корпуса, в котором размещен регулировочный клапан 17, предназначенный для управления частотой вращения ведомой полумуфты. Полость 9 разделена лопатками 10 на три рабочие полости 9^а, 9^б, 9^в (см. фиг. 3, где β- угол поворота объема, заключенного между двумя рассматриваемыми лопатками), соответственно отверстия 15 обозначены для наглядности 15^а, 15^б, 15^в.

Работает устройство следующим образом (см. фиг. 3).

При вращении полумуфты 5, выбранной для наглядности в качестве ведущей, вращаются и лопатки 10, при этом последние под воздействием замкнутой винтовой поверхности пространственного кулачка 7 полумуфты 4 и пружин 11 одновременно совершают возвратно-поступательное движение. Из-за криволинейности поверхности пространственного кулачка 7 рабочие полости 9^а, 9^б, 9^в в процессе вращения полумуфты 5, меняют свои объемы (при этом, их суммарный объем остается постоянным. Так, с момента, когда β = 15^o (угол поворота одной из рассматриваемых полостей, заключенных между двумя соседними лопатками) объемы рабочих полостей (далее полостей) 9^а, 9^в уменьшаются, а объем полости 9^б увеличивается. В момент, когда β = 105^o объем полости 9^а увеличивается, а объемы полостей 9^б и 9^в уменьшаются и т.д. Если клапан 17 полностью открывает возможность для перекачивания рабочего агента (воздух, масло и т.п.), тогда воздух из суживающихся (нагнетающих) полостей поступает в расширяющиеся (всасывающие) полости через канал 16, и вращение полумуфты 5 не передается полумуфте 4, а расходуется на перекачивание воздуха из нагнетающих полостей во всасывающие и передаточное отношение устройства равно нулю. Если клапаном 17 полностью перекрыть канал 16 то воздух, лишенный возможности перетеканий и запертый в полостях, будет жестко (чуть поджавшись), через себя, передавать крутящий момент с полумуфты 5 на полумуфту 4.

Дросселируя клапаном 17 расход воздуха через канал 16 можно установить любое передаточное отношение устройства от 0 до 1.

Тот же эффект будет получен, если в качестве ведущей использовать полумуфту 4, причем этот вариант более предпочтителен, так как с большей угловой скоростью будет вращаться элемент конструкции, содержащий меньше деталей.

Технико-экономическая эффективность применения предлагаемого устройства определяется следующими факторами. Компактность, простота конструкции и ее небольшая материалоемкость обеспечиваются малым количеством деталей, простотой их форм и небольшими размерами. Для изготовления всех деталей устройства может быть использовано стандартное оборудование, так как все детали в основном точеные (с малой долей фрезерных и сверлильных операций), а это значительно снижает трудоемкость изготовления и сборки. При этом нет необходимости отключения привода для регулирования частоты вращения ведомой полумуфты.

Использованная литература
1. Аналог "Фрикционный планетарный вариатор скорости", С.Н. Кожевников и др., "Механизмы", издание третье, М., 1965, с. 390-391.

2. Прототип "Вариатор скорости", патент N 2085797, Мкл. 6 F 16 H 39/24, 1997, БИ N 21.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в любой отрасли техники для передачи крутящих моментов с регулируемой частотой вращения. Вариатор скорости содержит корпус с магистральным каналом в его стенке, размещенные внутри корпуса с возможностью вращения ведущую и ведомую полумуфты, узел, передающий вращение с ведущей полумуфты на ведомую, элемент управления частотой вращения ведомой полумуфты. Подпружиненные лопатки узла установлены в радиальных пазах другой полумуфты с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения. Цилиндрической проточкой первой полумуфты, внутренней стенкой корпуса и лопатками образована сообщенная с магистральным каналом полость, в которой размещен выступ другой полумуфты. Упрощена конструкция вариатора, снижены материалоемкость и трудоемкость изготовления. 3 ил.

Вариатор скорости, содержащий корпус, полумуфты, первая из которых выполнена с наружной цилиндрической проточкой с торцевой поверхностью, выполненной в виде пространственного кулачка, другая полумуфта выполнена с кольцевым выступом, ведущая из полумуфт кинематически связана с приводом, узел, передающий вращение с ведущей полумуфты на ведомую и выполненный в виде подпружиненных лопаток, установленных в радиальных пазах кольцевого выступа другой полумуфты, элемент управления частотой вращения ведомой полумуфты, полость и магистральный канал, сообщенные между собой, отличающийся тем, что полумуфты размещены внутри корпуса, при этом полость образована цилиндрической проточкой первой полумуфты, внутренней стенкой корпуса и лопатками, кольцевой выступ другой полумуфты размещен в полости, а магистральный канал выполнен в стенке корпуса.